Geradores Nanotriboelétricos Movidos a Água Explicados

Impulsionada pela necessidade de maior segurança energética, economia de custos e preocupações ambientais, a demanda por soluções de energia sustentável tem crescido substancialmente.

Isso levou os pesquisadores a desenvolver tecnologias de captura de energia que convertem energia mecânica ambiente em energia elétrica. Essas tecnologias têm o potencial de desempenhar um papel crucial em aplicações como geração de energia, transporte e eletrônica.

Entre essas tecnologias, os geradores nanotriboelétricos (TENGs) surgiram como um meio promissor de aproveitar a energia mecânica do nosso entorno, como movimento e vibração.

Como resultado, muitos pesquisadores estão explorando novos materiais, designs e mecanismos para melhorar a produção de energia, durabilidade e escalabilidade para uso no mundo real.

No início deste ano, pesquisadores da Universidade do Alabama demonstraram o uso desses dispositivos para gerar eletricidade. O ponto chave foi a utilização de fita adesiva barata, comprada em loja, resistente, juntamente com plástico e alumínio, em vez de materiais caros e especialmente fabricados que normalmente são usados em TENGs.

Esta versão aprimorada do TENG leverages the interaction between the pressure-sensitive acrylic adhesive layer of the tape and its polypropylene backing to generate up to 53 milliwatts of power. O TENG foi colocado sobre uma placa vibratória, que repetidamente traz as duas camadas em contato antes de separá‑las, gerando assim eletricidade.

Além de gerar energia suficiente para iluminar mais de 350 LEDs e um ponteiro laser, o dispositivo também foi integrado a um sensor acústico e a um vestível auto‑alimentado.

Em outro estudo, uma equipe internacional de pesquisadores gerou eletricidade usando pequenas esferas de plástico posicionadas próximas em uma superfície, que depois foram colocadas em contato com outra superfície contendo as mesmas esferas, produzindo mais eletricidade do que o habitual.

O tamanho e o material das esferas mostraram ser importantes, com o autor principal, Dr. Ignaas Jimidar da VUB, observando: “pequenas mudanças na seleção de materiais podem levar a melhorias significativas na eficiência de geração de energia”, o que cria novas possibilidades para os TENGs no cotidiano, sem depender de fontes de energia tradicionais.

Essas descobertas e avanços mostram que os pesquisadores estão abrindo caminho para aplicações transformadoras da tecnologia TENG.

De acordo com Zhong Lin Wang, que foi o primeiro a demonstrar um TENG funcional, os geradores nanotriboelétricos podem ser cruciais na busca pela democratização da energia.

“Ao aproveitar ações físicas cotidianas, eles permitem que os eletrônicos sejam auto‑alimentados, eliminando a necessidade de depender de redes elétricas centralizadas. Essa ‘captura de energia ambiente’ está intimamente alinhada com várias tendências globais, como sustentabilidade, saúde personalizada e a Internet das Coisas”, disse Wang em uma entrevista. “Os TENGs já são viáveis para sensores de baixa potência e distribuídos, mas sua verdadeira disrupção reside na futura captura de energia em larga escala e na sinergia homem‑máquina.”

Como os Geradores Nanotriboelétricos (TENGs) Convertem Movimento em Eletricidade

À medida que a pesquisa sobre geradores nanotriboelétricos avança rapidamente, os avanços recentes ampliaram o escopo do que esses dispositivos podem captar, desde vibrações sutis e movimento corporal até forças ambientais como vento, gotas e fluxo de fluidos.

Então, como exatamente esses geradores nanotriboelétricos (TENGs) funcionam? Eles convertem energia mecânica em energia elétrica por meio da eletrificação por contato e da indução eletrostática.

A eletrificação por contato envolve a transferência de carga que ocorre quando duas superfícies entram em contato, com uma tornando‑se positivamente carregada e a outra negativamente carregada. A indução eletrostática, por sua vez, é uma redistribuição de carga elétrica sem contato direto.

O que é ótimo nos TENGs é sua alta densidade de potência instantânea, ampla compatibilidade de materiais e escalabilidade. Com aplicações que abrangem fontes de energia, energia azul e sensores auto‑alimentados, esses dispositivos foram integrados com sucesso em eletrônicos vestíveis, sensores auto‑alimentados e redes de energia em larga escala.

Mas, claro, ainda existem desafios em termos de integração com sistemas de energia existentes, estabilidade a longo prazo e eficiência de transferência e conversão de carga.

Na verdade, existem diferentes estratégias de TENG para captar, aproveitar e converter energia não utilizada ou desperdiçada de forma eficaz. Uma promissora é o TENG sólido‑líquido, que, ao contrário dos TENGs sólido‑sólido tradicionais, oferece um design simples e econômico, eficiência aprimorada de transferência de carga, capacidade de autorreparo, durabilidade a longo prazo e adaptabilidade a ambientes dinâmicos.

Pesquisas também demonstraram que a modificação de materiais e/ou líquidos, como superfícies hidrofóbicas ou soluções iônicas, pode aumentar a produção triboelétrica e abrir novas vias para captura de energia em ambientes aquosos e biomédicos.

No início deste ano, uma equipe de pesquisadores demonstrou o uso de um TENG líquido‑sólido para capturar “energia azul” das ondas oceânicas, focando em superar o desafio da baixa produção de energia. Eles fizeram isso otimizando a localização do eletrodo coletor de energia.

Usando um tubo de plástico transparente de 16 polegadas, eles criaram um TENG com um eletrodo de folha de cobre em uma extremidade. O tubo foi então preenchido com água até um quarto de seu comprimento antes de selar as extremidades, com um fio conectando o eletrodo a um circuito externo. O dispositivo foi então colocado em um agitador de bancada, que movimentava a água internamente de um lado para o outro, gerando correntes elétricas.

Esse design otimizado aumentou a conversão de energia em 2,4 vezes e possibilitou o piscar de uma matriz de 35 LEDs.

Em outro experimento de alguns anos atrás, pesquisadores criaram um TENG semelhante a algas para demonstrar seu potencial de reduzir a dependência de baterias ao longo da costa.

O que fizeram foi revestir tiras de 1,5 polegada por 3 polegadas de dois polímeros diferentes com tinta condutora, inserindo uma pequena esponja entre elas para criar uma fina camada de ar, e então selando toda a unidade para criar um TENG. Quando o dispositivo se movia para cima e para baixo na água, a tira se curvava de um lado para o outro gerando eletricidade.

O espaço de ar diminuiu quando o TENG foi submerso em água sob pressões encontradas em zonas costeiras subaquáticas, mas ainda gerou corrente a 100 kPa. Eles também usaram um tanque de ondas para demonstrar que múltiplos TENGs poderiam ser usados como uma mini estação de energia subaquática, fornecendo energia para 30 LEDs ou um pequeno farol piscante de LED.

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Usando Água, Silício Nanoporooso e Pressão para Captura de Energia com TENG

Agora, uma equipe europeia de pesquisadores se voltou para uma aplicação específica de TENGs líquido‑sólido: os Geradores Nanotriboelétricos de Intrusão‑Extrusão (IE‑TENGs).

Este sistema utiliza líquidos não molhantes, ou seja, água e uma solução de polietilenimina, e monólitos de silício nanoporooso.

Aproveitando a arquitetura hidrofóbica nanoporoosa dos materiais, ele pode gerar eletricidade por meio do movimento controlado do líquido para dentro e para fora de espaços confinados, o que causa acúmulo e redistribuição de carga, resultando em flutuações de corrente e tensão que podem ser exploradas para conversão de energia.

Uma grande vantagem dos IE‑TENGs é que eles podem superar uma limitação chave dos TENGs tradicionais: a área de contato restrita entre os materiais. O uso de materiais nanoporoosos com áreas de superfície que variam de centenas a milhares de metros quadrados por grama permite que os IE‑TENGs aumentem significativamente a densidade de energia específica por área e o desempenho geral desses dispositivos.

Os monólitos de silício nanoporooso, por sua vez, foram utilizados porque têm sido amplamente pesquisados nas áreas médica, óptica, eletrônica e mecânica. Eles proporcionaram aos pesquisadores várias vantagens importantes.

Isso inclui silício poroso dopado, ou seja, condutor, que melhora a transferência e coleta de carga durante o processo de intrusão‑extrusão, aumentando assim a eficiência da produção elétrica. Os monólitos de silício nanoporooso também podem ser transformados em superfícies hidrofóbicas, essenciais para a geração de energia baseada em intrusão‑extrusão.

O estudo encontrou os monólitos de silício poroso como candidatos promissores para IE‑TENGs de próxima geração, alcançando um aumento de três ordens de magnitude na densidade de potência instantânea e um aumento de duas ordens de magnitude na energia por ciclo de intrusão‑extrusão.

Acredita‑se que, com avanços contínuos, os IE‑TENGs que utilizam materiais condutores porosos podem oferecer uma alternativa viável para “sistemas de captura de energia de alto desempenho e auto‑sustentáveis” em eletrônicos vestíveis e aplicações de recuperação de energia industrial.

A nova forma de converter energia mecânica em eletricidade, desenvolvida por uma equipe de cientistas europeus, usa água presa nos poros de silício como fluido de trabalho.

No estudo intitulado “Triboeletrecificação durante a intrusão‑extrusão de líquidos não molhantes em monólitos de silício nanoporooso hidrofóbico”, eles demonstraram a capacidade de intrusão e extrusão cíclica de água em monólitos de silício nanoporooso resistentes à água para produzir energia elétrica quantificável.

O novo sistema, IE‑TENG, foi desenvolvido em um esforço colaborativo da Hamburg University of Technology (TUHH) e DESY (o German Electron Synchrotron), da University of Ferrara (Itália), da CIC energiGUNE (Espanha), da Riga Technical University (Letônia) e da University of Silesia em Katowice (Polônia). Ele usa pressão para forçar repetidamente a água a entrar e sair de poros com tamanho nanométrico.

Durante esse processo, uma carga é produzida na interface entre o sólido e o líquido. Curiosamente, isso é um tipo de eletricidade por fricção que frequentemente observamos no dia a dia, como caminhar sobre um carpete de PVC resistente à água usando sapatos.

É um exemplo bastante comum de eletricidade estática gerada pelo efeito triboelétrico. Outro exemplo é tocar em uma maçaneta e receber um pequeno choque elétrico. O que acontece é que o acúmulo de carga elétrica no seu corpo se descarrega rapidamente através de um condutor, como uma maçaneta de metal.

No caso do sistema recém‑desenvolvido, ele alcançou uma eficiência de conversão de energia de até 9 %.

“Mesmo água pura, quando confinada em escala nanométrica, pode viabilizar a conversão de energia”, disse o Professor Patrick Huber, porta‑voz do BlueMat: Water‑Driven Materials Excellence Cluster na TUHH e DESY, cujo objetivo é desenvolver uma nova classe de materiais sustentáveis inspirados na natureza que alteram suas propriedades por interação com a água.

Há apenas alguns meses, o Cluster recebeu até €70 milhões em financiamento de pesquisa, garantindo apoio até 2033.

Sua abordagem de captura de energia triboelétrica ao utilizar uma estrutura monolítica nanoporoosa oferece um caminho alternativo para melhorar a eletrificação por contato em interfaces sólido‑líquido confinadas.

Em seu trabalho, os pesquisadores geraram eletricidade nos poros de silício exclusivamente por fricção causada por pressão e água.

“Combinar silício nanoporooso com água permite uma fonte de energia eficiente e reproduzível — sem materiais exóticos, mas apenas usando o semicondutor mais abundante da Terra, o silício, e o líquido mais abundante, a água.”

– Dr. Luis Bartolomé, CIC energiGUNE

O design do material aqui foi fundamental, pois eles precisavam de algo que permitisse a transferência de eletricidade, tivesse poros de tamanho nanométrico e fosse repelido pela água.

“Um passo crucial foi o desenvolvimento de estruturas de silício precisamente projetadas que são simultaneamente condutoras, nanoporoosas e hidrofóbicas”, já que essa arquitetura lhes permitiu controlar o movimento da água dentro dos poros, tornando o processo de conversão de energia estável e escalável, explicou o Dr. Manuel Brinker da Hamburg University of Technology.

O uso de estruturas de silício monolíticas pelos pesquisadores, em vez de IE‑TENGs baseados em pós que dependem de partículas porosas soltas, possibilitou uma captura de energia mais eficiente e reproduzível. Eles também alcançaram melhorias significativas na densidade de potência instantânea, que é a potência entregue em um determinado momento a um meio por uma corrente transitória, e na energia por ciclo.

A equipe também identificou o tamanho dos poros e o volume total dos poros como os dois principais fatores que governam o desempenho triboelétrico, ressaltando a importância de otimizar essas propriedades estruturais.

Além disso, sua análise constatou que taxas de compressão mais altas aumentaram a geração de potência elétrica, enquanto a escolha do meio líquido melhorou significativamente a eficiência triboelétrica. O uso de uma solução de polietilenimina (PEI) a 0,1 %, em particular, permitiu à equipe alcançar a maior eficiência de conversão de energia relatada (9 %) para TENGs sólido‑líquido.

Com essas descobertas, a equipe pretende fornecer uma base sólida para otimizar ainda mais a captura de energia triboelétrica sólido‑líquido. O foco da pesquisa futura, segundo os pesquisadores, deve ser a seleção de líquidos, o ajuste das arquiteturas de poros e as modificações de superfície dos monólitos de silício.

A tecnologia, por sua vez, abre caminho para aplicações em sistemas de sensoriamento auto‑alimentados, eletrônicos vestíveis e captura de energia ambiental.

Segundo os cientistas, isso abre caminho para “sistemas de sensores autônomos e sem manutenção”.

Portanto, a tecnologia pode ser aplicada à detecção de água e monitoramento de saúde em vestimentas inteligentes. Também pode ser usada em robótica háptica, onde o movimento gera diretamente um sinal elétrico. Além disso, a tecnologia é bem adequada para aplicações que exigem alta pressão mecânica, como amortecedores de veículos.

“Materiais impulsionados por água marcam o início de uma nova geração de tecnologias auto‑sustentáveis”, declararam os co‑autores Professor Simone Meloni da University of Ferrara e Dr. Yaroslav Grosu da CIC energiGUNE.

Como cobrimos recentemente, essa abordagem de design “integrada à natureza” também foi adotada para desenvolver um novo DEG flutuante integrado à água (W‑DEG) que aproveita as propriedades elétricas e estruturais da água. O uso de “água livre” como material de construção permitiu que o W‑DEG tivesse peso e custo de material muito menores e alto potencial para aplicações sem terra, ao mesmo tempo em que demonstrou escalabilidade excepcional e grande durabilidade em diferentes condições de operação.

Investindo em Semicondutores de Captura de Energia: O Caso da TXN

Embora esses monólitos de silício específicos estejam atualmente na fase de pesquisa, investidores que buscam capitalizar a tendência subjacente de gerenciamento de energia de baixa potência devem olhar para o mercado de semicondutores estabelecido, onde Texas Instruments Incorporated (TXN ) é um ator chave, fornecendo microcontroladores de baixa potência, ICs de gerenciamento de energia e soluções analógicas/misto‑sinais.

A empresa global de semicondutores projeta e fabrica chips analógicos e de processamento embarcado para automotivo, sistemas corporativos, eletrônicos pessoais, equipamentos de comunicação e aplicações industriais.

Seu portfólio é projetado para gerenciar requisitos de energia em diferentes níveis de tensão, incluindo chaves de potência, reguladores de comutação AC/DC e DC/DC isolados, reguladores de comutação DC/DC, referências de tensão, soluções de gerenciamento de baterias e outros.

A Texas Instruments ostenta uma posição financeira saudável. No terceiro trimestre de 2025, a empresa reportou receita de US$ 4,74 bilhões, um aumento de 7 % sequencialmente e 14 % em relação ao ano anterior, com crescimento em todos os mercados finais. A receita analógica cresceu 16 % YoY, o processamento embarcado 9 % e o segmento “outros” 11 %.

Do lado da lucratividade, a TI gerou US$ 1,36 bilhão em lucro líquido e US$ 1,48 em lucro por ação diluído no trimestre. Nos últimos 12 meses, o fluxo de caixa operacional totalizou US$ 6,9 bilhão, e o fluxo de caixa livre foi de US$ 2,4 bilhão, ressaltando a capacidade da empresa de financiar investimentos de capital intensivo e retornos aos acionistas enquanto ainda investe em P&D.

“Nosso fluxo de caixa operacional de US$ 6,9 bilhão nos últimos 12 meses novamente destacou a força do nosso modelo de negócios, a qualidade do nosso portfólio de produtos e o benefício da produção de 300 mm.”

– CEO Haviv Ilan

Durante o terceiro trimestre de 2025, a TI pagou cerca de US$ 1,2 bilhão em dividendos e recomprou aproximadamente US$ 119 milhões de suas próprias ações, contribuindo para US$ 6,6 bilhão devolvidos aos acionistas nos últimos 12 meses. Em setembro, a empresa anunciou um aumento de 4 % no dividendo para US$ 1,42 por ação, marcando 22 anos consecutivos de crescimento de dividendos.

No final de novembro de 2025, a TXN negociava em torno de US$ 160, aproximadamente 25–30 % abaixo de sua máxima de 52 semanas de US$ 221,69 alcançada em julho de 2025. Embora a ação tenha recuado dessas máximas e apresentado retornos negativos no último ano, a combinação de vendas analógicas em alta, um rendimento de dividendos acima de 3 % e recompras de longo prazo continua a atrair investidores focados em renda.

Últimas Notícias sobre as Ações da Texas Instruments Incorporated (TXN)

Conclusão: Onde os TENGs se Encaixam no Futuro da Energia Limpa

No mundo da captura de energia, os TENGs oferecem uma forma de baixo custo, eficiente e sustentável de converter energia mecânica em eletricidade. Ao transformar não apenas interações mecânicas cotidianas, mas também fluxo de fluidos e flutuações de pressão em eletricidade utilizável, essas tecnologias prometem vestíveis flexíveis, sensores auto‑alimentados, sistemas de energia para ambientes marinhos e muito mais.

Embora a adoção dos TENGs no mundo real seja atualmente limitada, com pesquisas contínuas para refinar arquiteturas de materiais, melhorar a eficiência e integrar os TENGs aos sistemas de energia existentes, esses dispositivos podem finalmente se tornar viáveis para uma implantação comercial mais ampla.

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Referências

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6. Bartolomé, L.; Verziaggi, N.; Brinker, M.; Amayuelas, E.; Merchori, S.; Arkan, M. Z.; Eglītis, R.; Šutka, A.; Chorążewski, M. A.; Huber, P.; Meloni, S.; Grosu, Y.; et al. “Triboeletrecificação durante a intrusão‑extrusão de líquidos não molhantes em monólitos de silício nanoporooso hidrofóbico.” Nano Energy 146 (2025): Article 111488. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111488